La necesidad de energía renovable confiable está creciendo rápidamente, a medida que países de todo el mundo, incluida Suiza, intensifican sus esfuerzos para combatir el cambio climático, encontrar alternativas a los combustibles fósiles y alcanzar los objetivos de transición energética establecidos por sus gobiernos.
por Ecole Polytechnique Federale de Lausanne
Pero la energía renovable no se puede incorporar a las redes eléctricas de manera eficiente hasta que haya una forma de almacenarla a gran escala.
«La mayoría de las formas de energía renovable dependen de las condiciones climáticas, lo que da como resultado grandes fluctuaciones en la energía que suministran», dice Danick Reynard, Ph.D. estudiante del Laboratorio de Electroquímica Física y Analítica de EPFL (LEPA). «Pero las redes eléctricas no están diseñadas para manejar este tipo de fluctuaciones». El hidrógeno, debido a que puede suministrar energía de manera constante independientemente del clima, ahora está atrayendo una atención cada vez mayor.
Los científicos de LEPA han estado trabajando durante varios años en el doble desafío de la producción de hidrógeno limpio y el almacenamiento de energía . Acaban de presentar un nuevo sistema que combina una batería de flujo redox convencional, actualmente uno de los métodos más prometedores para el almacenamiento de energía estacionaria a gran escala, con reactores catalíticos que producen hidrógeno limpio a partir del fluido que pasa por la batería. El sistema LEPA es tan eficiente como los convencionales, pero ofrece una mayor flexibilidad y capacidad de almacenamiento de energía. También produce hidrógeno limpio a menor costo. La investigación de los científicos aparece en Cell Reports Physical Science .
Las baterías de flujo redox son las más prometedoras para el almacenamiento de energía
Las baterías de flujo redox constan de dos tanques separados por una celda electroquímica. Dos fluidos electrolíticos de alta conductividad, uno con carga positiva y otro con carga negativa, circulan a través de los tanques y pasan por la celda para desencadenar una reacción química en la que se intercambian electrones. Estas baterías almacenan energía en forma electroquímica, al igual que las baterías de iones de litio utilizadas en los teléfonos inteligentes, pero con una vida útil mucho más larga y con capacidades flexibles de generación y almacenamiento de energía, lo que significa que pueden responder rápidamente a las fluctuaciones en el suministro y la demanda de energía.
Para crear su sistema, los científicos de LEPA tomaron una batería de flujo redox convencional y la mejoraron agregando dos reactores catalíticos. Estos reactores producen hidrógeno a partir del fluido que circula por los tanques. «El hidrógeno se produce mediante un proceso catalítico que utiliza la energía de la batería para dividir las moléculas de agua en sus dos componentes, hidrógeno y oxígeno», dice Reynard. «Pero este hidrógeno puede considerarse limpio sólo si la energía utilizada para cargar las baterías es renovable».
Hidrógeno puro y limpio con capacidad de almacenamiento mejorada y flexible
La tecnología de LEPA ofrece varias ventajas tanto para la producción de hidrógeno como para el almacenamiento de energía . Con las baterías de flujo redox convencionales , una vez que están completamente cargadas, no pueden almacenar más energía. «Sin embargo, en nuestro sistema, una vez que la batería está completamente cargada, puede descargar líquido en los reactores externos. Estos, a su vez, generan hidrógeno que se puede almacenar y utilizar más tarde, liberando espacio de almacenamiento en la propia batería», dice Reynard.
El hidrógeno producido por el sistema LEPA es puro y solo necesita secarse y comprimirse para un almacenamiento óptimo. Ese sistema también es más seguro que los convencionales, porque genera el oxígeno y el hidrógeno por separado en lugar de simultáneamente, por lo que hay menos riesgo de explosión.
¿El futuro de las estaciones de carga para vehículos de hidrógeno?
La tecnología de LEPA podría ser particularmente útil en aplicaciones de transporte. A medida que más y más conductores adopten vehículos eléctricos, se disparará la demanda de electricidad e hidrógeno limpio. La carga de estos vehículos ejerce presión sobre las redes eléctricas y crea picos de carga que son difíciles de planificar para los operadores de la red. «Según los datos de 2020 de la Oficina Federal de Energía de Suiza, el sector del transporte representa alrededor del 33% del consumo de energía en Suiza», dice Reynard. «Nuestras baterías, además de producir hidrógeno, también podrían servir como amortiguadores para suavizar los picos de esa demanda».
